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1 CHEMIE 30 Beispiele: • Das Daniell-Element liefert elektrische Energie. Berechne ∆G. Zn + Cu 2+ −→ Zn 2+ + Cu z = 2 U 0 (Zn||Cu) = E 0 (Cu/Cu 2+ ) − E 0 (Zn/Zn 2+ ) = 0,35V − (−0,76V) = 1,11V ∆G = −1,11V · 2 · 96485 C mol = −214 kJ mol • Welches galvanische Element liefert mehr freie Energie pro Metall? (Li||F − ) oder (Ca||F − )? – 2Li + F2 −→ 2Li + + 2F − z = 2 U 0 (Li||F − ) = E 0 (F − /F2)−E 0 (Li/Li + ) = 2,87V+3,04V = 5,91V ∆G = −U 0 (Li||F − )zQ = −5,91V · 2 · 96485 C mol = −1140 kJ mol – Ca + F2 −→ Ca 2+ + 2F − z = 2 U 0 (Ca||F − ) = E 0 (F − /F2) − E 0 (Ca/Ca 2+ ) = 2,87V + 2,87V = 5,74V ∆G = −U 0 (Ca||F − )zQ = −5,74V · 2 · 96485 C mol ⇒ (Ca||F − ) liefert mehr freie Energie pro Metall 8 . = −1108 kJ mol • Cu läuft an feuchter Luft allmählich an, Gold dagegen bleibt glänzend. Erkläre! – Ox.: Cu −→ Cu2+ + 2e− Red.: 2O2 + 4H2O + 2e− −→ 8OH − Cu + 2O2 + 4H2O −→ Cu2+ + 8OH − U(Cu||OH − ) = E(OH − /O2) − E0 (Cu/Cu2+ ) = 0,47V ∆G = −UzQ = −U(Cu||OH − ) · 2 · 96485 C mol = −91 kJ mol – Ox.: 2Au −→ 2Au3+ + 6e− Red.: 6O2 + 12H2O + 6e− −→ 16OH − 2Au + 6O2 + 12H2O −→ 2Au3+ + 16OH − U(Au||OH − ) = E(OH − /O2) − E0 (Au/Au3+ ) = −0,59V 8 Da 2Li ↔ 1Ca ∆G = −UzQ = −U(Au||OH − ) · 2 · 96485 C mol = 114 kJ mol
1 CHEMIE 31 1.9.5 Das Redox-Potential – Einfluss der Konzentration auf E 0 Versuch Cu||Cu-System Beobachtung Nach dem Zutropfen von NH3 verfärbt sich die linke Halbzelle tiefblau. Es tritt eine Spannung von ca. 0,1V auf. Erklärung Cu 2+ -Ionen reagieren mit NH3 Cu 2+ + NH3 −→ [Cu (NH3) 4 (H2O) 2 ] 2+ ⇒ Abnahme von c(Cu 2+ ) in der linken Halbzelle ⇒ Änderung des Redox-Potentials dieser Halbzelle Links Rechts Cu −→ Cu 2+ + 2e − Cu ←− Cu 2+ + 2e −9 Minus-Pol Plus-Pol Oxidation Reduktion Nach dem Prinzip von Le Chatelier begünstigt die Abnahme von c(Cu 2+ ) die Reaktion, bei der die Cu 2+ -Ionen gebildet werden. Die Halbzelle mit der verdünnteren Lösung bildet nun den Minus-Pol dieser sogenannten Konzentrationskette. Messung der Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotentials Versuch: Konzentrationskette mit Ag/Ag + -Halbzellen, Strombrücke (NH4NO3-Lösung), jeweils Ag-Elektroden, AgNO3-Lösung c1 c2 U 1 mol l 1 mol l 0,1 mol l 58mV 10 1 0,01 mol l 98mV 100 2 Die Spannung steigt linear, proportional zu lg c1 c2 sungen ergeben folgenden Zusammenhang: U = 0,059V · lg c1 c2 c1 c2 lg c1 c2 . Genauere Mes- Versuch: Konzentrationsabhängigkeit bei Cu/Cu 2+ -Konzentrationskette (Literaturwerte) 9 Jeweils Reaktion auch in andere Richtung, nur sehr schwach
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